Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaAnualmente ocorrem cerca de 16 milhões AVCs em todo o mundo. Cerca de
metade dos sobreviventes irá apresentar défice motor que necessitará de
reabilitação na janela dos 3 aos 6 meses depois do AVC. Nos países
desenvolvidos, é estimado que os custos com AVCs representem cerca de
0.27% do Produto Interno Bruto de cada País. Esta situação implica um
enorme peso social e financeiro. Paradoxalmente a esta situação, é aceite na
comunidade médica a necessidade de serviços de reabilitação motora mais
intensivos e centrados no doente.
Na revisão do estado da arte, demonstra-se o arquétipo que relaciona
metodologias terapêuticas mais intensivas com uma mais proficiente
reabilitação motora do doente. Revelam-se também as falhas nas soluções
tecnológicas existentes que apresentam uma elevada complexidade e custo
associado de aquisição e manutenção.
Desta forma, a pergunta que suporta o trabalho de doutoramento seguido
inquire a possibilidade de criar um novo dispositivo de simples utilização e de
baixo custo, capaz de apoiar uma recuperação motora mais eficiente de um
doente após AVC, aliando intensidade com determinação da correcção dos
movimentos realizados relativamente aos prescritos.
Propondo o uso do estímulo vibratório como uma ferramenta proprioceptiva de
intervenção terapêutica a usar no novo dispositivo, demonstra-se a
tolerabilidade a este tipo de estímulos através do teste duma primeira versão
do sistema apenas com a componente de estimulação num primeiro grupo de
5 doentes. Esta fase validará o subsequente desenvolvimento do sistema
SWORD.
Projectando o sistema SWORD como uma ferramenta complementar que
integra as componentes de avaliação motora e intervenção proprioceptiva por
estimulação, é descrito o desenvolvimento da componente de quantificação de
movimento que o integra. São apresentadas as diversas soluções estudadas e
o algoritmo que representa a implementação final baseada na fusão sensorial
das medidas provenientes de três sensores: acelerómetro, giroscópio e
magnetómetro. O teste ao sistema SWORD, quando comparado com o
método de reabilitação tradicional, mostrou um ganho considerável de
intensidade e qualidade na execução motora para 4 dos 5 doentes testados
num segundo grupo experimental.
É mostrada a versatilidade do sistema SWORD através do desenvolvimento do
módulo de Tele-Reabilitação que complementa a componente de quantificação
de movimento com uma interface gráfica de feedback e uma ferramenta de
análise remota da evolução motora do doente.
Finalmente, a partir da componente de quantificação de movimento, foi ainda
desenvolvida uma versão para avaliação motora automatizada, implementada
a partir da escala WMFT, que visa retirar o factor subjectivo da avaliação
humana presente nas escalas de avaliação motora usadas em Neurologia.
Esta versão do sistema foi testada num terceiro grupo experimental de cinco
doentes.About 16 million first ever-strokes occur worldwide every year. Half of stroke
survivors are left with some degree of physical impairment that needs
rehabilitation in the 3 to 6 month after-stroke time window. This situation implies
a high economic and social burden. In developed countries, stroke cost is
estimated to represent an average of 0.27% of each country’s gross domestic
product. Paradoxically, it is accepted in the medical community the need for
more intensive and patient-centered rehabilitation services.
In the state of art review, it is demonstrated the archetype that relates the
intensity on rehabilitation with a proficient motor recovery of the patient.
Additionally, it is shown that the major pitfalls in current technological solutions
in the field of motor rehabilitation are due to their intrinsic complexity and
associated cost.
Given this state of the art, the research question that supports this thesis,
inquiries the possibility of creating a novel low-cost device targeted at the motor
rehabilitation of stroke patients, capable of providing a more efficient treatment
through enabling higher intensity and automated determination of the
correctness of the movements performed by the recovering patient.
The validity of the vibratory stimulus is presented from an historic and
neurophysiologic point of view. Furthermore, a state of art review of motion
capture systems is presented.
Intending the use of the vibratory stimulus as a proprioceptive therapeutic tool
to be integrated in the new device, it is demonstrated the tolerability of the
stimulus from the experimental test of a first version of the device, incorporating
the stimulation component, in a first group of five patients.
Projecting the SWORD device as a tool that combines both features of motor
function evaluation with proprioceptive intervention through vibratory
stimulation, it is described the development of the motion capture component.
Several solutions were studied and the final algorithm, based on the sensory
fusion of the measures from three sensors (accelerometer, gyroscope and
magnetometer), is described in detail.
The experimental test of the SWORD system on a second group of patients
showed that, when compared with a typical treatment, it is capable of providing
a more intensive intervention and with a higher quality in 4 out of 5 patients.
To demonstrate the versatility of the SWORD system, it was developed the
tele-rehabilitation module that complements the motion capture component with
a graphical feedback interface and a remote tool for the clinician to evaluate the
performance of the patient through out the time he uses the system in his home
or any other remote environment.
Finally, from the motion capture component, a motor function evaluation
version of the system was deployed. Implemented from the WMFT scale, it
aims to eliminate the human subjectivity present in the traditional evaluation
scales used in the neurology medical area. This system was evaluated on a
third group of five patients